DE1944211B2 - Einspiegelungsvorrichtung - Google Patents

Description

2. Einspiegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, ßen öffnungen übennäßig große und damit schwere dadurch gekennzeichnet, daß die Bildfläche (26) Linsensysteme erfordern würden. Vorrichtungen mit im wesentlichen sphärisch gekrümmt und von spiegelnden Systemen sind demgegenüber kleiner dem sphärischen Spiegel (28) aus gesehen konvex 25 und liefern ein helleres Bild mit größerem Blickwinist und daß der Krümmungsradius (R/2) der kel, müssen aber, um den Blick des Piloten auf die Bildfläche (26) etwa halb ^o groß ist wie derje- Außenszene nicht zu behindern, außerhalb der Achse nige (R) des sphärischen Spiegels (28). der Vorrichtung angeordnet sein und sind daher mit

3. Einspiegelungsvorrichtung nach Anspruch 2, erheblichen Abbildungsfehlern behaftet.

dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsra- 30 Aus der deutschen Auslegeschrift 1 133 910 ist dius der Bildfläche (26) geringfügig größer ist als nun eine Einspiegelungsvorrichtung der eingangs geder halbe Krümmungsradius (R) des sphärischen nannten Art bekannt, die eine Kombination aus bre-Spiegels (28). chenden und spiegelnden Systemen verwendet. Dort

4. Einspiegelungsvorrichtung nach Anspruch 2 ist ein Linsenteil als Korrektionsglied vorgesehen, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krüm- 35 welches zur Korrektur der Bildfehler dient. Eine mungsmittelpunkte (C 1, C 3) des sphärischen Spie- solche Vorrichtung ist jedoch verwickelt und aufwengels (28) und der Bildfläche (26) optisch etwa zu- dig sowie schwierig zu justieren und — insbesondere sammenfallen. bei den geplanten Anwendungen — in justierter Lage

5. Einspiegelungsvorrichtung nach einem der zu halten. Überdies ist bei ihr der Bildeindruck von vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- 40 der Kopfhaltung des Betrachters abhängig.

net, daß das Blickfeld des Betrachters (C2) durch Der Erfindung liegt nun demgegenüber die Auf-

eine Sehne der reflektierenden Oberfläche (30) gäbe zugrunde, eine Einspiegelungsvorrichtung dei des sphärischen Spiegels (28) begrenzt ist. eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Bild-

6. Einspiegelungsvorrichtung nach einem der fehler, insbesondere die sphärischen Aberration vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- 45 ohne weitere Korrektionsglieder erheblich verringen net, daß die Bildfläche (26) seitlich der optischen sind.

Achse des sphärischen Spiegels (28) angeordnet Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daC

ist und daß im Abbildungsstrahlengang des sphä- die Bildfläche optisch im wesentlichen in der Brennrischen Spiegels (28) ein zweiter Umlenkspiegel fläche des sphärischen Spiegels liegt und daß der teil-(36) vorgesehen ist, welcher das Bild der Bild- 50 durchlässige Umlenkspiegel derart angeordnet ist fl.iche (26) in den Abbildungsstrahlengang des daß das Auge des Betrachters optisch im Krüm· sphärischen Spiegels (28) einspiegelt. mungsmittelpunkt des sphärischen Spiegels zu lieger

7. Einspiegelungsvorrichtung nach einem der vermag.

vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- Diese Einspiegelungsvorrichtung hat eine Reihe

net, daß der Krümmungsradius (R) des sphäri- 55 von Vorteilen gegenüber der bekannten Anordnung sehen Spiegels (28) groß gewählt ist gegenüber Sie erreicht die bildfehlerfreie Abbildung der Bild dessen Durchmesser. fläche zusammen mit dem zu betrachtenden Gegen

stand im Unendlichen mit wesentlich geringeren Aufwand. Weiterhin wird durch die spezielle Anord

60 nung des Beobachtungspunktes auf Grund der gege

benen geometrischen Gesetzmäßigkeiten sicherge stellt, daß sich die Lage des Bildes bei Bewegungei

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspiege- des Kopfes nur minimal ändert. Schließlich kam hängevorrichtung, die es einem Betrachter i-nnöglichl, durch die Anordnung der Bildfläche in der ge in normaler Blickrichtung und gleichzeitig mit einer 65 krümmten Brennfläche des Spiegels eine gekrümmt für ihn sichtbaren Szene eine außerhalb seines Blick- Bildfläche verwendet werden, was insbesondere dam feldes liegende Bildfläche zu betrachten, mit einem vorteilhaft ist, wenn diese Bildfläche durch den Bild außerhalb des Blickfeldes des Betrachters angeordne- schirm einer Kathodenstrahlröhre gebildet wird. Di

zuvor erwähnten optischen Eigenschaften bleiben da- Sphäroidspiegels 10. Beispielsweise konverglert eine bei überraschenderweise voll erhalten, sie werden so- andere Gruppe von Strahlen a 1, αΊ. und a j, °^Kf car noch durch die gekrümmte Ausbildung der BUd- parallel zu einem weiteren Durchmesser und aicm fläche weiterhin verbessert. bei diesem sind, unter Bilden eines scharfen Bildes

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be- 5 bei Punkt α in einem Abstand/ von dem apnaruiu steht somit darin, daß die Bildfläche im wesentlichen spiegel. Das gleiche trifft auch fur irgendeine andere sphärisch gekrümmt und von dem sphärischen Spie- Gruppe von Strahlen, beispielweise die btranien ei, gel aus gesehen konvex ist und daß der Krümmungs- c 2 und c 3 zu, die an einem PunKt c Konvergiwcu. radius der Bildfläche etwa halb so groß ist wie derje- Umgekehrt werden Strahlen, die von irgendeinem nige des sphärischen Spiegels. xo Punkt einer sphärischen Oberflache in einemι AD-

Der Bereich, in welchem durch die gekrümmte stand/ vom Sphäroidspiegel 10 ausgehen durcn aie-Ausbildung der Bildfläche eine weitere Verbesserung sen Sphäroidspiegel 10 reflektiert und ein Bündel von der optischen Eigenschaften der Einspiegelungsvor- parallelen Strahlen gebildet, die in der JNane aeb richtung erzielt wird, kann noch dadurch etwas vergrö- Punktes C vorbeigehen. Wenn allgemein Ljcntsirdnßert werden, daß der Krümmungsradius der Bild- 15 len von irgendeinem beliebigen Punkt aut einer spndfläche geringfügig größer ist als der halbe Krüm- rischen Oberfläche ausgehen, die konzentnscn zum mungsradius des sphärischen Spiegels. Vorteilhafter- Sphäroidspiegel ist und den halben Krummungbrdweise fallen die KrümmungsmittelpurJkte des sphäri- dius dieses Sphäroidspiegels hat, so weraen cucw sehen Spiegels und der Bildfläche optisch etwa zu- Strahlen durch den Sphäroidspiegel so rennen, sammen. *° daß sie dicht am Kriimmungszentrum vorbeigehe,,

Zur Platzemsparung kann die Bildfläche seitlich und parallel zueinander bind. Der diese Mralllen erder optischen Achse des sphärischen Spiegels an- zeugende Punkt erscheint daher dem Betracmer geordnet und im Abbildungsstrahlengang des sphäri- unendlichem Abstand. „„„„„ kw

sehen Spiegels ein zweiter Umlenkspiegel vorgesehen Zwar treffen die obenerwähnten ^Au?^f«^h™65°™^r

sein welcher das Bild der Bildfläche in den Abbil- 35 paraxiale Strahlen zu, doch gilt dies nicht rurJMrandungsstrahlengang des sphärischen Spiegels ein- len, die einen größeren Abstand vom Krummungsspieselt mittelpunkt haben. Es ergibt sich ohne weiteres daß

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung andere von einem Punkt ausgehende Strahlen aiii die ist der Krümmungsradius des sphärischen Spiegels reflektierende Oberfläche des Sphäroidspiegels m aroß gewählt gegenüber dessen Durchmesser, d.h. 30 einigem Abstand von dem Punkt auftretten an dem groß gegenüber der Dicke des auftretenden Bündels, ein durch den Ausgangspunkt gehender R*™£ahl fo daß der Einfluß der sphärischen Aberration ver- den Sphäroidspiegel schneidet Wem,l dieser Abstand «•hwindend serine wird vom Schnittpunkt sich erhöht, so nimmt auch die

^SC Im fügenden w^gird der Erfindungsgegenstand eines Abweichung von der Parallellage dkses^StraMes; zu in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles 35 den paraxialen, angenähert ^durc\^{den K}™^m ™ⁿg _e n'-iher erläutert Es zeigt mittelpunktC gehenden Strahlen zu. Dabei ist die

ⁿ _FTg emeichem'atische, teilweise geschnittene Abweichung von der ParalW^.™^™ Seiteinsicht zur Darstellung der allgemeinen An- ^i\^v^^/^tt^^^^r^ Ordnung der opüschen Elemente eines Systems ge- Verhältnisses des Abs'andes zum maß d| Erfindung relativ einander und zum ₄o Diese Anweisung

maß d| Erfindung relativ einander und zum ₄ sg ψ_&^^

pfg 2 eine schematische Seitenansicht in größe- flektierenden Systeme der hier b^hteten Art rem Maßstab als Fig. 1 zur Darstellung der opti- nichtaxiale Systeme sind, ist die^"^^n sehen Verhältnisse des Systems, tion in diesen Systemen in einer unerwünschten

kt ^*** "" ^*"* ** " "SSSStr. dessen Auge sich im Krümmungs-

AnSLFig.3sollenemigeGrund_Prir.ipie^ ^ί'^^Αί erläutert werden, die bei dem erfindungsgemäßen sphärischen Brennpunktflac he ^ axialen Bildüberiagerungssystem verwendet sind. einer geringeren ^sPh^aF^lsche" Eine sphärische reflektierende Oberfläche mit einem ₅o das Bild von

chen Durchmesser sind durch diese Oberfläche un- erfindungsgemaßen axialen Bildub.rlagerungssy er Büdung dnes 'scharfen Punktbildes auf dem stems dargestellt, das *e obengen^ M^kmate Durchmesser in einem Abstand vom Sphäroidspiegel venvendet, um nun ein optis^ Syste™ zu^chaffen reflektiert, der gleich der Hälfte des Krümmungsradi- 60 hei dem die sphansche Aberration ^ ^C us R dieser Oberfläche ist. Dieser Abstand ist als herabgesetzt ist, ohne daß irgendwelche Brennw^eeite/?e_kannt. Wenn nun Strahlenbündel 61 tionsmittri vorgesehen ^^^L bl, b2 betrachtet werden, die sehr dicht und parallel führungsstiel des erf nd^^f^ zur optischen Achse des Sphäroidspiegels 10 sind, so in einer als Ganzes mit 12· be«ichneUn werden sie durch den Sphäroidspiegel reflektiert un- S₅ bine ein Pilotensitz 14 dicht ^hl"^{ter der}^ ter Bildung eines scharfen Bildes in Punkt ft, der zu- tenbrett 16 angeordnet, an dem das Steuerrad, 1 gleich der BrennpunktF des Systems ist. Das gleiche montiert ist. Die Ruderpedal M smd am Kah,nen IiIt auch für andere Durchmesser als die Achse des boden in einer Lage vorgesehen, in der sie tür de

Piloten leicht erreichbar sind. Wie allgemein be- einer solchen Anordnung divergieren die reflektier-

kannt, ist der Raum innerhalb der Flugzeugkabine ten Strahlen ungefähr gemäß der folgenden Glei-

12 begrenzt, und die von dem Piloten zu beobachten- chung:

den Instrumente müssen so angeordnet sein, daß sie ^ ^

nicht die Sicht durch ein Kabinenfenster 22 behin- 5 O₂ = X- . (2)

dern. ^²

Eines der Instrumente, das den Piloten bei der

Führung des Luftfahrzeuges, und zwar besonders bei In dieser Gleichung bedeutet A F den Betrag, um der Landung, unterstützt, kann eine Kathodenstrahl- den der Radius der Kathodenstrahlenröhre vergröröhre 24 mit einer Bildfläche 26 sein, die dem PiIo- io Bert ist. Unter diesen Bedingungen kann die Nettoten ein Bild des Geländes zeigt, dem er sich nähert. konvergenz der Strahlen ungefähr durch folgende Wie bereits oben erwähnt, ist es erwünscht, daß der Gleichung ausgedrückt werden:
Führer des Luftfahrzeuges in der Lage ist, das Bild
auf der Bildfläche 26 bei normaler, aufrechter Kopf- χζ 4 ^p

haltung zu betrachten, in der er auch die Außenver- 15 O = -— - - X. (3)

hältnisse beobachten kann. ^

Die Anordnung des Systems, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, läßt nun in vorteilhafter Weise Bei irgendeinem bestimmten Wert von λ' = X₀ den Piloten ein Bild der Bildfläche 26, das von einem kann die Gleichung (3) dadurch auf null gebracht das Bild übernehmenden Sphäroidspiegel ausgeht, ao werden, daß
gerade so betrachten, als ob er im Krümmungsmittel- χ 2
punkt des Sphäroidspiege.¹- sitzen würde. Zu diesem AF= —— (4)
Zweck ist ein Sphäroidspiegel 28 innerhalb der Flug- ⁴^
zeugkabine 12 in einer Lage angeordnet, in der die gemacht wird.

Sichtlinie des Piloten vom Blickpunkt Cl entlang 25 Der absolute Wert von AQ hat ein Maximum bei einer Sehne der sphärischen reflektierenden Oberfläche 30 des Sphäroidspiegels 28 liegt. In dieser y ₂
Lage des Sphäroidspiegels ergibt sich eine minimale X_m* = —5-.
Behinderung der Sicht des Piloten durch das Kabi- 3
nenfenster 22. Ferner wird ein teilweise reflektieren- 30

der Planspiegel 32 mit einem teilreflektierenden Der Wert von Δ Θ an diesem Punkt beträgt
Überzug 34 so angeordnet, daß das Spiegelbild des

Krümmungsmittelpunktes Cl des Sphäroidspiegels ,χ ^₃

28 mit dem normalen Blickpunkt C2 zusammenfällt AQ_n = — 2| —— J . (5)

oder sehr dicht dabei ist. Ferner ist ein einen reflek- 35 \ R j
tierenden Überzug 38 aufweisender Planspiegel 36

vor der Bildfläche 26 der Kathodenstrahlröhre 24 so Obgleich die Größe von AQ_m doppelt so hoch wie

angeordnet, daß das reflektierte Bild der sphärischen der unverbesserte Wert von A Θ bei X_m ist, würde

Bildfläche 26 auf der Brennpunktfläche s des Sphä- der unkorrigierte Wert von A Θ bei λ'_ο

roidspiegels 28 liegt. Dabei werden vorzugsweise die 40

Planspiegel 32 und 36 als Oberflächenspiegel ausge- r- I X_m

bildet. Außerdem kann ein reflexvermindernder I^ I ~

Überzug 40 auf der anderen Oberfläche des Plan- ^

spiegeis 32 so aufgebracht werden, daß unerwünschte , . , , 3 VT „ ^_n , , ,

Zweitbilder ausgeschaltet werden. ₄₅ betragen, d.h. -L- = 2,60mal dem korngierten

Infolge der sphärischen Aberration ergeben große Wert von Θ,_η. Außerdem kann der Wert von X auf Augenbewegungen unerwünschte Änderungen in der X₁ = 1,15,Y₀ erhöht werden, bevor A Θ wieder den scheinbaren Lage des reflektierten Bildes. Wenn sich gleichen Wert wie e_m annimmt,
das Auge in einem größeren Abstand vom Krüm- Bei dem axialen Bildüberlagerungssystem gemäß

mungsmittelpunkt befindet, so sind die beobachteten 50 der Erfindung wird beim Einbau in ein Luftfahrzeug Strahlen nicht vollkommen parallel, wie sie bei der Sphäroidspiegel 28 in der Flugzeugkabine 12 so einem System wären, bei dem keine sphärischen montiert, daß seine Sehne entlang der Sichtlinie des Aberration auftritt. Vielmehr konvergieren die Strah- Beobachters liegt, der im Pilotensitz 14 sitzt. Der len in einem Abstand vom Krümmungsmittelpunkt Planspiegel 36 wird so angeordnet, daß ein Bild der der Mitte zu gemäß der folgenden Gleichung: 55 Bildfläche 26 der Kathodenstrahlröhre 24 über den

teilreflektierenden Planspiegel 32 auf die sphärische Oberfläche des Sphäroidspiegels 28 weitergegeben (1) wird. Der teilreflektierende Planspiegel 32 wird so in

der Sicht des Beobachters angeordnet, daß dieser 60 nun das Bild der Bildfläche 26 so beobachten kann.

Hier bedeutet 0, den Konvcrgenzwinkel in Bogen- als ob er es vom Krümmungsmittcipunkt C1 des einheiten, X den Abstand des reflektierten Strahles Sphäroidspiegels aus betrachten würde. Wir bereits vom Krümmungsmittelpunkt des Sphäroidspiegels 28 oben erklärt, kann nun der Beobachter das Bild mit und R den Krümmungsradius dieses Spiegels. einem Minimum an sphärischer Aberration betrach-

Der zulässige Bereich der Augenbewegung kann 65 ten.

dadurch vergrößert werden, daß die Bildfläche 26 Es ergibt sich so, daß die der Erfindung zugrunde

der Kathodenstrahlröhre etwas größer als der halbe liegende Aufgabe tatsächlich gelöst wurde. Es wurde Radiu« des Sphäroidspiegels 28 gemacht wird. Bei ein verbessertes, axiales Bildüberlagerungssystem ge-

MiV-

schaffen, das die sphärische Aberration auf ein Minimum herabsetzt, ohne daß dabei die Notwendigkeit besteht, zusätzliche kompensierende Mittel vorzusehen. Das erfindungsgemäße System ist einfach und hat eine gedrängte Bauart. Es hat ferner auch ein

leichtes Gewicht. Bei diesem System kann nun dei Beobachter die äußere Szene und das Bild einer Bildfläche innerhalb des Luftfahrzeuges in normaler aufrechter Kopfhaltung beobachten, ohne daß dabei sein Blick auf die äußere Umgebung behindert wird,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 944 21 i ten und die Bildfläche abbildenden sphärischen Spie- Patentanspriiche: gel sowie einem im Abbildungsstrahlengang des sphärischen Spiegels sowie im Blickfeld des Betrach-

1. Einspiegelungsvorrichtung, die es einem Be- ters vorgesehenen teildurchlässigen Umlenkspiegel, trachter ermöglicht, in normaler Blickrichtung 5 Derartige Einspiegelungsvorrichtungen werden und gleichzeitig mit einer für ihn sichtbaren z. B. in Flugzeugen verwendet, um zu erreichen, uaP Szene eine außerhalb seines Blickfeldes liegende der Pilot sowohl die Außenszene als gleichzeitig auch Bildfläche zu betrachten, mit einem außerhalb das Bild von Anzeigeinstrumenten in seinem Blickdes Blickfeldes des Betrachters angeordneten, feld hat, wenn er normal mit aufrechter Kopfhaltung und die Bildfläche abbildenden sphärischen Spie- io sitzt. Sie sollen ihm die Bedienung des Flugzeuges ergels sowie einem im Abbildungsstrahlengang des leichtern, vor allem bei der Landung, wenn er an sphärischen Spiegels sowie im Blickfeld des Be- sich bestimmte Anzeigewerte benötigt, seine Auftrachters vorgesehenen teildurchlässigen Umlenk- merksamkeit aber verständlicherweise mehr der spiegel, dadurch gekennzeichnet, daß Außenszene als seinen Instrumenten widmet.

die Bildfläche (26) optisch im wesentlichen in der 15 Die bisher bekannten derartigen Vorrichtungen Brennfläche (s) des sphärischen Spiegels (29) weisen bei ihrer Anwendung Nachteile auf, die sehr liegt und daß der teildurchlässige Umlenkspiegel störend wirken. Einspiegelungsvorrichtungen mit (32) derart angeordnet ist, daß das Auge (C 2) des brechenden Systemen sind zwar verhältnismäßig Betrachters optisch im Krümmungsmittelpunkt genau, da sie gleichachsig zu arbeiten vermögen. Sie (C 2) des sphärischen Spiegels (28) zu liegen ver- zu besitzen aber nur einen recht begrenzten Blickwinkel mag. weil die für ausreichende Blickwinkel benötigten gru-